2.1　C語言基本數據類型

“程序＝數據結構＋算法”，算法很容易理解，就是解決問題的思路和步驟，那數據結構是什么呢？一個程序中肯定要用到數據，而數據有簡單的，也有復雜的，如何對這些數據進行設計和定義，如何進行數據的存儲和訪問，這些數據間有著什么樣的關系，這些都是數據結構要考慮的事情。可見，數據對于一個程序是非常重要的。C語言里有不少數據類型，按照先易后難的原則，本節主要講述C語言中的基本數據類型。

C語言的基本數據類型有三類：整型、實型與字符型。

2.1.1　整型

整型，顧名思義，整數類型，也就是不帶小數點的數值類型。是不是太簡單了？不過整型按占用內存大小和所能表示的數值范圍又可分為短整型、標準整型、長整型和長長整型，分別用關鍵字“short int”“int”“long int”“long long int”表示。為什么要分成這么多的類型呢？想要理解這個問題，必須先了解一下內存存儲相關的問題，因為這里涉及了內存大小，所以下面簡單介紹一下二進制、位和字節的相關知識。

1．二進制、位和字節

我們的日常生活中離不開數字，但生活中通常所使用的都是十進制的數，而計算機只能處理二進制數，所以要把十進制數轉換成相對應的二進制數，計算機才能處理。

十進制的規則是逢十進一，它的每一位都是由0～9的數字構成。對應的二進制的規則就是逢二進一，它的每一位只能由0或1構成。此外，在C語言中除了二進制，還有可能會用到八進制和十六進制。所以對于“10”，如果它是十進制數，就是10；如果它是二進制的話，那么它所對應的十進制數就是2；若是八進制，對應的十進制數就是8；若是十六進制，則其對應的十進制數就是16。下面列出十進制數0～15所對應的二進制、八進制和十六進制數值。

對于十進制整數23，轉換成對應的二進制碼為10111，二進制碼里的每個“0”或“1”稱為一個二進制位（Bit），簡稱位。在兩個位中左為高位，右為低位。

內存的最小存儲單位為字節（Byte），1字節有8位（即1字節可以存放8個二進制的“0”或“1”），所以要把整數“23”存放在內存中至少需要1字節的空間，位數不夠8時前面補0。即十進制數“23”對應的8位二進制碼為“0001 0111”，如圖2.1所示。

圖2.1　存儲在1字節內存中的十進制數“23”

在這8位中，位序為7的位是最高位，位序為0的位是最低位，其中最高位是作“正負”的標記位來使用的，稱為符號位，即符號位的位值為“0”表示正數，為“1”表示負數，剩余的7位用于存儲整數所對應的二進制碼，稱為數據位。所以1字節所能表示的取值范圍從–128（二進制碼為“1000 0000”）～127（二進制碼為“0111 1111”），共256個。

要想把一個更小或更大的整數存儲到內存中，8位就顯然無能為力了，必須使用更多的內存空間，例如2字節就擁有16位，可表示的取值范圍變成從–32768（二進制碼為“1000 0000 0000 0000”）～32767（二進制碼為“0111 1111 1111 1111”），共65536個，擴大了256倍。

大家可以想象一下，如果C語言中只有一種整數類型的話，讓其使用多少字節的內存比較合適呢？假如使用的內存字節數多，則能表示的數值范圍大，但如果用它來存放一些小數值，就會造成內存的浪費；反之，如果使用的內存字節少，可能又存放不了比較大的數值，無論怎樣都不能兩全其美。

現在明白為什么把整型分為這么多的類型了吧，根據不同的數值大小，使用不同大小字節的內存空間，既不浪費內存空間，又能放得下相應的數值，真正做到“物盡其用”。表2.1是本書的開發環境下各種整型的內存大小和所能表示的取值范圍。

表2.1　整型的內存大小和取值范圍

一個整型“搖身一變”成了四種類型，是不是挺有趣？其實它還可以再變出四種類型。這次新變出的四種新類型和之前的四種非常類似。

2．無符號整型

前面講到把一個整數轉換成對應的二進制碼，其中的最高位是用來標記正負數的符號位。這時會不會有讀者突發奇想：“那如果不要這個符號位，把它也變成數據位，用于存放整數的二進制位，不是就能多出1倍的取值范圍嗎？”不得不佩服大家的聰明，也很有想象力，但不夠準確。

如果沒有了表示正負整數的符號位，那么就沒有了負數的表現能力，所存儲的全部視為正整數。最終的結果就是正整數的取值范圍擴大了一倍，但總的取值范圍沒變。例如1字節所能表示的取值范圍從0（二進制碼為“0000 0000”）至255（二進制碼為“1111 1111”），還是256個；2個字節的取值范圍從0（二進制碼為“0000 0000 0000 0000”）至65535（二進制碼為“1111 1111 1111 1111”），還是65536個。

對于這種沒有符號位，全是數據位的整數類型，我們稱之為無符號整型，它的關鍵字為“unsigned”。之前所講的四種整數類型都是有符號整型，它們也有個關鍵字“signed”，不過通常不用寫，也就是默認的整型就是有符號的，若想使用無符號的整型，前面加上“unsigned”關鍵字即可。在本書的開發環境下，各種無符號整型的內存大小和取值范圍如表2.2所示。

表2.2　無符號整型的內存大小和取值范圍

2.1.2　實型

整數類型講完應該講小數類型了。C語言把這種帶小數點的數值類型稱為實型或浮點數類型。雖然實型與整型只有一字之差，但它卻有和整型完全不同的內存存儲方式，通過上一節的學習，我們知道了有符號整型的最高位是符號位，其他的都是數據位，對于無符號整型來講，全部都是數據位。而實型卻是分為三段進行存儲的：符號位、階碼位、數據位。其中最高位是符號位，中間部分是階碼位（或稱指數位），最后部分是數據位（或稱尾數位），如圖2.2所示。

圖2.2　實型內存存儲示意圖

這種類似于科學計數法的內存存儲方式，能夠輕松存儲一個比較大的數值，并擁有非常大的取值范圍，但是在數值的精度上可能會有所損失，畢竟魚與熊掌不可兼得。由于實型的這種特殊的內存存儲方式，導致在處理速度上沒有整型的快，所以如果程序中不涉及小數的話，盡量還是選用整型。

實型按照內存大小分為單精度浮點數類型、雙精度浮點數類型和長雙精度浮點數類型，關鍵字分別為“float”“double”和“long double”。其中單精度浮點數類型，內存大小為4個字節，即32位（符號位1位，階碼位8位，數據位23位）；雙精度浮點數類型的內存大小為8字節，即64位（符號位1位，階碼位11位，數據位52位）；長雙精度浮點數類型是相對較新的一種實型，它擁有更大的數值表現和存儲能力，但由于C標準并未對它的內存大小有所規定，所以在不同的系統和編譯器上，可能被實現為各種不同字節大小的版本。實型的內存大小和取值范圍如表2.3所示。

表2.3　實型的內存大小和取值范圍

2.1.3　字符型

也許讀者會有疑問，為什么沒有1字節大小的整型呢？其實是有的，只不過通常我們把它稱為字符型，關鍵字為char。也就是說，字符型就是1字節的整型。那為什么要把它稱為字符型呢？為了能夠在程序中使用字符，最初C語言規定將1字節的整型作為字符來使用，更確切地說，是將0～127這128個正整數作為字符使用，這就是大名鼎鼎的ASCII碼（美國信息交換標準代碼）。

ASCII碼中定義的全是英文字符，例如大寫和小寫的英文字母、數字字符、標點符號以及特殊的控制字符。例如用整數10表示換行字符，整數32表示空格字符，整數48～57表示數字字符0～9，整數65～90表示大寫字母A～Z，整數97～122表示小寫字母a～z等等。這里需要注意的是數字字符“0”和整數0是不同的概念。數字字符“0”對應的整數是48，而整數0也有一個對應的英文字符，它是空字符，通常用它來表示一個字符串的結束。ASCII碼中的其他的一些常用字符見表2.4。

表2.4　ASCII常用字符與整數對照表

既然字符型就是1字節的整型，我們完全可以把字符型當成整型來使用。字符型是不是也分有符號和無符號呢？答案是肯定的。默認的字符型就是有符號的，取值范圍為–128～127。ASCII碼就采用里面的正數部分，若在字符型的前面加上“unsigned”關鍵字，那么就是無符號的字符類型了，其取值范圍為0～255，具體見表2.5。

表2.5　字符型內存大小和取值范圍

2.1.4　設置類型別名

在C語言中，允許使用“typedef”關鍵字來設置類型別名。所謂設置類型別名，就是給數據類型起一個新的名字。設置類型別名的格式為：

typedef 原類型名 新類型名;

設置類型別名之后，新類型名具有與原類型名相同的數據類型，用戶可以隨意選擇使用新類型名和原類型名，效果是一樣的。既然一樣，那設置類型別名有什么好處呢？

1．簡化長類型名

C語言中，有些數據類型的名字比較長，很容易造成書寫錯誤。若給這樣的數據類型設置一個簡短的別名，就能減少書寫上的錯誤。例如：

typedef unsigned int uint;

通過typedef給unsigned int類型設置一個簡短的別名uint，后面代碼中需要使用unsigned int的地方，可以使用uint，是不是方便多了，類型名的字符少了，書寫錯誤自然也會減少。

2．便于代碼維護

例如我們給short類型設置一個別名“DATATYPE”，并在代碼中都使用這個別名：

typedef short DATATYPE;

過了一段時間后，發現short類型太小，不夠用，想換成更大的類型int，那么只需改動設置類型別名的地方：

typedef int DATATYPE;

現在代碼中所有的DATATYPE都表示為int類型了。是不是很方便？若是沒有設置類型別名，就得到代碼中一一查找要修改的地方，對代碼量大的程序來說工作量很大。

3．擴展類型信息

舉個例子，在保存某人的基本信息的代碼中，如果看到一個int類型的變量，怎么能知道這個變量所表示的是什么呢？是人的身高、體重還是年齡？這時可以給int類型設置類型別名：

typedef int Age;

在代碼中，變量的類型使用Age，這樣一下就能明白這個變量保存的是一個人的年齡。